1、專題十 恒定電流 高考物理高考物理 (北京市專用北京市專用) 1.(2015北京理綜,19,6分,0.48)如圖所示,其中電流表A的量程為0.6 A,表盤均勻劃分為30個小 格,每一小格表示0.02 A;R1的阻值等于電流表內阻的;R2的阻值等于電流表內阻的2倍。若用 電流表A的表盤刻度表示流過接線柱1的電流值,則下列分析正確的是() A.將接線柱1、2接入電路時,每一小格表示0.04 A B.將接線柱1、2接入電路時,每一小格表示0.02 A C.將接線柱1、3接入電路時,每一小格表示0.06 A D.將接線柱1、3接入電路時,每一小格表示0.01 A 1 2 考點一部分電路的基本概念和規律

2、考點一部分電路的基本概念和規律 A A組組 自主命題自主命題北京卷題組北京卷題組 五年高考 答案答案C設電流表的內阻為RA,則R1=RA,R2=2RA,將接線柱1、2接入電路時,流過接線柱1的 電流I1=3I0,其中I0為流過電流表A的電流,因此每一小格表示0.06 A;將接線柱1、3接入電路時, 流過接線柱1的電流I1=3I0,其中I0為流過電流表A的電流,因此每一小格表示0.06 A。選項A、 B、D錯誤,C正確。 1 2 2.2014北京理綜,24(2),0.20若導線MN的質量m=8.0 g、長度L=0.10 m,感應電流I=1.0 A,假設 一個原子貢獻1個自由電子,計算導線MN中電

3、子沿導線長度方向定向移動的平均速率ve(下表 中列出一些你可能會用到的數據)。 阿伏加德羅常數NA6.01023 mol-1 元電荷e1.610-19 C 導線MN的摩爾質量6.010-2 kg/mol 解析解析導線MN中含有的原子數為N=NA 因為一個金屬原子貢獻一個電子,所以導線MN中的自由電子數也是N。 導線MN單位體積內的自由電子數n= 其中,S為導線MN的橫截面積。 因為電流I=nveSe 所以ve= 解得ve=7.810-6 m/s m N SL I nSe IL Ne A IL mN e 答案答案7.810-6 m/s 3.(2016課標,17,6分)阻值相等的四個電阻、電容器C

4、及電池E(內阻可忽略)連接成如圖所示 電路。開關S斷開且電流穩定時,C所帶的電荷量為Q1;閉合開關S,電流再次穩定后,C所帶的電 荷量為Q2。Q1與Q2的比值為() A. B. C. D. 2 5 1 2 3 5 2 3 B B組組 統一命題統一命題課標卷題組課標卷題組 答案答案C當開關S斷開時等效電路如圖1所示,電容器C兩端的電壓U=E,所帶的電荷量Q1= CU=CE;當開關S閉合時等效電路如圖2所示,電容器C兩端的電壓U=E,所帶的電荷量Q2= CE。所以=,C項正確。 1 5 1 5 1 3 1 3 1 2 Q Q 3 5 圖1 圖2 方法技巧方法技巧化簡電路時會熟練應用電勢排列法,才能

5、又準又快地畫出等效電路。 評析評析本題為恒定電路中含容電路問題,考查考生化簡電路的能力及對串并聯電路相關問題 的計算能力。屬于中等難度的題。 1. (2011北京理綜,17,6分)如圖所示電路,電源內阻不可忽略。開關S閉合后,在變阻器R0的滑動 端向下滑動的過程中() A.電壓表與電流表的示數都減小 B.電壓表與電流表的示數都增大 C.電壓表的示數增大,電流表的示數減小 D.電壓表的示數減小,電流表的示數增大 考點二閉合電路歐姆定律考點二閉合電路歐姆定律 自主命題自主命題北京卷題組北京卷題組 答案答案A在變阻器R0的滑動端向下滑動過程中,其連入電路的有效電阻減小,則R總減小,由I= 可知I增大

6、,由U內=Ir可知U內增大,由E=U內+U外可知U外減小,故電壓表示數減小。由U1=IR1 可知增大,由U外=+U并可知U并減小,由I2=可知電流表示數變小,故A正確。 E Rr 總 1 R U 1 R U 2 U R 并 2.(2018北京理綜,23,18分)如圖1所示,用電動勢為E、內阻為r的電源,向滑動變阻器R供電。改 變變阻器R的阻值,路端電壓U與電流I均隨之變化。 (1)以U為縱坐標,I為橫坐標,在圖2中畫出變阻器阻值R變化過程中U-I圖像的示意圖,并說 明U-I圖像與兩坐標軸交點的物理意義。 (2)a.請在圖2畫好的U-I關系圖線上任取一點,畫出帶網格的圖形,以其面積表示此時電源的

7、輸 出功率; b.請推導該電源對外電路能夠輸出的最大電功率及條件。 (3)請寫出電源電動勢定義式,并結合能量守恒定律證明:電源電動勢在數值上等于內、外電路 電勢降落之和。 解析解析(1)U-I圖像如圖所示。圖像與縱軸交點的縱坐標值為電源電動勢,與橫軸交點的橫坐標 值為短路電流。 (2)a.如圖所示。 b.電源輸出的電功率 P=I2R=R= 當外電路電阻R=r時,電源輸出的電功率最大,為 Pmax= 2 E Rr 2 2 2 E r Rr R 2 4 E r 答案答案見解析 (3)電動勢定義式 E= 根據能量守恒定律,在題圖所示電路中,非靜電力做功W產生的電能等于在外電路和內電路產 生的電熱,即

8、 W=I2rt+I2Rt=Irq+IRq 得E=Ir+IR=U內+U外 W q 試題評析試題評析 閉合電路及U-I圖像 (1)本題考查閉合電路中路端電壓U隨干路電流I變化的關系圖線,電源的輸出功率及其最大值, 以及最大值的產生條件。考查內容為教材的基本知識。此題作為一道高考中分值不小的計 算題,提示考生要注重基本知識的學習。 (2)電動勢是電源的最基本特征量,在學習中學生不僅僅要掌握其定義式,更要深刻理解其內 含,并能靈活應用。 1.(2018北京海淀二模,16)在物理學中,常常用比值定義物理量,用來表示研究對象的某種性 質。下列關系式中,不屬于比值定義的是() A.電場強度E= B.電流I=

9、 C.電容C= D.密度= F q U R Q U m V 考點一部分電路的基本概念和規律考點一部分電路的基本概念和規律 A A組組 2016201820162018年高考模擬年高考模擬基礎題組基礎題組 三年模擬 答案答案B比值法所定義的物理量,與表達式中的分子、分母無正、反比關系,只等于分子和 分母的比值,而比值是恒定不變的,選項A、C、D都符合比值定義的特點,而B選項中電阻R是 不變量,電流與電壓成正比關系,故電流不屬于比值定義的物理量,因此選項B符合題意。 解題關鍵解題關鍵掌握比值定義物理量的特點,能正解分析題中的物理量與表達式中的分子、分母 是否存在比例關系是解本題的關鍵。 2.(20

10、18北京石景山一模,19)兩個電壓表V1和V2是由完全相同的兩個電流表改裝而成的,V1量 程是5 V,V2量程是15 V。現把V1和V2串聯起來測量15 V20 V電壓。下列說法中正確的是 () A.V1和V2的示數相同 B.V1和V2指針偏轉的角度相同 C.V1和V2示數不同,指針偏轉的角度也不同 D.V1和V2的示數與V1和V2的內阻成反比 答案答案B由于V1和V2是由完全相同的兩個電流表改裝而成的,當它們串聯起來測電壓的時 候,通過它們的電流大小相等,故指針偏轉的角度相同,示數與內阻成正比,并不相同。 解題關鍵解題關鍵熟悉電表改裝的原理,知道串聯電路的特點。 3.(2018北京朝陽二模,

11、19)為了確定一個標有“3.8 V,0.3 A”的小燈泡的電阻,小明和小華兩位 同學分別采用了不同的方法:小明同學用多用電表的歐姆擋測量,測量結果R1=2 ;小華同學由 R=計算可得其阻值R213 。小明同學的操作過程無誤,但R1和R2存在明顯差異。對此,下 列說法正確的是() A.小明同學的方法錯誤,因為測量時沒有電流通過小燈泡 B.小華同學的方法錯誤,因為小燈泡的電阻不能用R=來計算 C.兩位同學的方法都正確,因為多用電表的歐姆擋的精確度不夠 D.兩位同學的方法都正確,因為小燈泡的工作狀態不同 U I U I 答案答案D小燈泡燈絲電阻在不同電壓下不同,因而測得阻值不同。則D正確。 易錯警示

12、易錯警示多用電表使用歐姆擋時,表內部電池處于工作狀態,因而A錯。雖然小燈泡阻值不 是定值但仍滿足R=。 U I 4.(2017北京東城二模,20)移動電源(俗稱充電寶)解決了眾多移動設備的“缺電之苦”,受到越 來越多人的青睞。 目前市場上大多數充電寶的核心部件是鋰離子電池(電動勢3.7 V)及其充 放電保護電路、充放電管理電路、升壓電路等。其中的升壓電路可以將鋰離子電池的輸出 電壓提升到手機、平板電腦等移動設備所要求的輸入電壓(5 V)。 由于鋰離子電池的材料特性,在電池短路、過高或過低溫度、過度充電或放電等情況下都有 可能引起電池漏液、起火或爆炸。為安全起見,中國民航總局做出了相關規定,如圖

13、1所示。 民航總局關于攜帶充電寶出行的相關規定 為了給智能手機充電,小明購買了一款移動電源,其銘牌如圖2所示。給手機充電時該移動電 源的效率按80%計算。 根據以上材料判斷下列說法正確的是() A.這款移動電源能為手機提供的最大充電量為8 000 mAh B.這款移動電源充滿電后所儲存的總化學能為37 Wh C.乘飛機出行時,這款移動電源可以托運 D.Wh與mAh均為能量單位 答案答案B由表格可知電池容量為10 000 mAh,mAh是電量的單位,則A、D錯。E能=UIt=3.7 V 10 Ah=37 Wh,B正確。由圖1知,所有充電寶都不可托運,C錯。 考查點考查點電能的計算、閱讀獲取信息能

14、力。 思路分析思路分析由Q=It可知mAh是電量的單位。 5.(2017北京朝陽期末,5)現有規格為“220 V,36 W”的排氣扇,如圖所示,排氣扇電動機的線圈 電阻為40 。當正常工作時,排氣扇的() A.通電電流計算式為I= A B.輸出功率計算式為P出=(36-) W C.發熱功率計算式為P熱=()240 W D.電功率大于36 W 220 40 2 220 40 36 220 答案答案C由于排氣扇為非純電阻電器,不滿足R=,根據公式P=UI知,該排氣扇正常工作時 的電流I= A,A錯誤。發熱功率P熱=()240 W,輸出功率P出=P總-P熱=36-()240W, B錯誤,C正確。因為

15、排氣扇正常工作,電功率等于36 W,D錯誤。 U I P U 36 220 36 220 36 220 6.(2016北京通州潞河中學期中,7)如圖所示,一根橫截面積為S的均勻長直橡膠棒上均勻帶有 負電荷,單位體積內的電荷量為q,當此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運動時,由于棒運動 而形成的等效電流大小為() A.vq B. C.qvS D. q v qv S 答案答案C電流的定義式I=,即單位時間通過導體橫截面的電荷量,由題意知整段導體總電 荷量Q=qLS,L為導體長度,t=,所以等效電流大小I=qvS,C項正確。 Q t L v Q t 7.(2018北京東城一模,23)兩根材料相同的均

16、勻直導線a和b串聯在電路上,a長為l0,b長為2l0。 (1)若沿長度方向的電勢隨位置的變化規律如圖所示,求: a、b兩導線內電場強度大小之比E1 E2; a、b兩導線橫截面積之比S1 S2。 (2)以下對直導線內部做進一步分析:設導線單位體積內有n個自由電子,電子電荷量為e,自由 電子定向移動的平均速率為v。現將導線中電流I與導線橫截面積S的比值定義為電流密度,其 大小用j表示。 請建立微觀模型,利用電流的定義式I=推導:j=nev; q t 從宏觀角度看,導體兩端有電壓,導體中就形成電流;從微觀角度看,若導體內沒有電場,自由 電子就不會定向移動。設導體的電阻率為,導體內場強為E,試猜想j與

17、E的關系并推導出j、 、E三者間滿足的關系式。 (解題過程中需要用到的物理量要在解題時作必要的說明) 解析解析(1)根據U1=1-2,由圖像知:1=8 V,2=2 V,代入可得U1=6 V,同理U2=2 V 根據E=,由已知d1=l0,d2=2l0,代入可得:E1 E2=6 1 因為兩導線串聯,所以電流I1 =I2,由歐姆定律I=,電阻定律R=,將U1=6 V,U2=2 V,長度分 別為l0和2l0代入,可得:S1 S2=1 6 (2)在直導線內任選一個橫截面S,在t時間內以S為底,vt為高的柱體內的自由電子都將從 此截面通過,由電流及電流密度的定義知:j=,其中q=neSvt,代入上式可得:

18、j=nev。 猜想:j與E成正比。 設橫截面積為S,長為l的導線兩端電壓為U,則E=; 電流密度的定義式為j=,將I=代入,得j=; 導線的電阻R=,代入上式,可得j、E三者間滿足的關系式為:j=。 U d U R l S I S q tS U l I S U R U SR El SR l S E 答案答案(1)6 11 6(2)見解析 解題關鍵解題關鍵(1)會看圖像,熟記串聯電路分壓規律和電阻率知識。(2)建立物理模型。 8.(2018北京豐臺期末,20)導線中帶電粒子的定向移動形成電流,電流可以從宏觀和微觀兩個 角度來認識。 (1)一段通電直導線的橫截面積為S,單位體積的帶電粒子數為n。導

19、線中每個帶電粒子定向運 動的速率為v,粒子的電荷量為q,并認為做定向運動的電荷是正電荷。 a.試推導出電流的微觀表達式I=nvSq。 b.如圖所示,電荷定向運動時所受洛倫茲力的矢量和,在宏觀上表現為導線所受的安培力。按 照這個思路,請你嘗試由安培力的表達式推導出洛倫茲力的表達式。 (2)經典物理學認為金屬導體中恒定電場形成穩恒電流。金屬導體中的自由電子在電場力的 作用下,定向運動形成電流。自由電子在定向運動的過程中,不斷地與金屬離子發生碰撞。碰 撞后自由電子定向運動的速度變為零,將能量轉移給金屬離子,使得金屬離子的熱運動更加劇 烈。自由電子定向運動過程中,頻繁地與金屬離子碰撞產生了焦耳熱。 某

20、金屬直導線電阻為R,通過的電流為I。請從宏觀和微觀相聯系的角度,推導在時間t內導線中 產生的焦耳熱為Q=I2Rt(需要的物理量可自設)。 解析解析 (1)a.在時間t內流過導線橫截面的帶電粒子數N=nvtS 通過導線橫截面的總電荷量Q=Nq 導線中電流I= 聯立以上三式可以推導出I=nvSq b.導線受安培力大小F安= BIL 長L的導線內總的帶電粒子數N=nSL 又I=nvSq 電荷定向運動時所受洛倫茲力的矢量和,表現為導線所受的安培力,即Nf洛=F安 聯立以上三式可以推導出洛倫茲力的表達式 f洛=qvB (2)方法1: 設金屬導體長為L,橫截面積為S,兩端電壓為U,導線中的電場強度E= 設

21、金屬導體中單位體積中的自由電子數為n,則金屬導體中自由電子數N=nSL 設自由電子的帶電荷量為e,連續兩次碰撞時間間隔為,定向移動的速度為v,則一次碰撞的能 量轉移eEv=mv2-0 Q t U L 1 2 答案答案見解析 一個自由電子在時間t內與金屬離子碰撞次數為 金屬導體中在時間t內全部自由電子與金屬離子碰撞,產生的焦耳熱Q=Nmv2 又I=neSv U=IR 聯立以上各式得Q=I2Rt 方法2: 設金屬導體長為L,橫截面積為S,兩端電壓為U,導體中的電場強度E= 設金屬導體中單位體積中的自由電子數為n,則金屬導體中自由電子數N=nSL 在純電阻電路中,電流做的功等于焦耳熱,即W=Q 電流

22、做的功等于電功率乘時間W=Pt 電功率等于電場力對長為L的導線中所有帶電粒子做功功率的總和P=NFv 自由電子受的電場力F=Ee 又I=neSv U=IR 聯立以上各式得Q=I2Rt t t 1 2 U L 思路分析思路分析(2)中根據題目所描述模型,可以理解產生的焦耳熱即碰撞中全部自由電子損失的 動能,利用能量守恒來推導。 9.(2018北京西城二模,20)電動汽車由于節能環保的重要優勢,越來越被大家認可。電動汽車 儲能部件是由多個蓄電池串聯疊置組成的電池組,如圖所示。某品牌電動小轎車蓄電池的數 據如表所示。下列說法正確的是() 考點二閉合電路歐姆定律考點二閉合電路歐姆定律 電池只數輸入電壓

23、充電參數放電時平均電壓/只 電池容量/只 100只交流220 V420 V,20 A3.3 V120 Ah A.將電池組的兩極直接接在交流電上進行充電 B.電池容量的單位Ah就是能量單位 C.該電池組充電時的功率為4.4 kW D.該電池組充滿電所儲存的能量為1.4108J 答案答案D由充電參數“420 V,20 A”知,電池組不是直接接在交流電上進行充電的,A錯誤。 120 Ah=120 A3 600 s=4.32105 C,可知Ah是電荷量單位,B錯誤。電池組充電時的功率P=UI= 42020 W=8.4 kW,C錯誤。該電池組充滿電儲存的能量為qU,即1203 6003.3100 J1.

24、41 08 J,D正確。 10.(2017北京朝陽期末,2)已知干電池的電動勢為1.5 V,下列說法正確的是() A.當外電路閉合時,干電池兩極間的電壓等于1.5 V B.當外電路斷開時,干電池兩極間的電壓等于零 C.當外電路閉合時,在1 s內有1.5 C的電荷通過電池 D.當1 C的電荷通過干電池時,干電池能把1.5 J的化學能轉化為電能 W q 答案答案D由于干電池有內阻,所以當外電路閉合時,干電池兩端的電壓應視為路端電壓,小于 1.5 V,A錯誤;當外電路斷開時,干電池兩極間的電壓等于電池電動勢1.5 V,而不是零,B錯誤;當 外電路閉合時,由q=It可知,若在1 s內有1.5 C的電荷

25、流過電池,此時電流大小為1.5 A,而題中電 阻未知,電流無法確定,C錯誤;根據電動勢的定義式E=得W=Eq,當外電路閉合時,每有1 C的 電荷通過干電池,非靜電力做功就為1.5 J,就有1.5 J的化學能轉化為電能,D正確。 11.(2016北京豐臺月考)如圖所示的電路中,A是電容器兩極板之間的一點,在A點有一個帶負電 荷的質點,質點在重力和電場力的共同作用下處于靜止狀態,當滑動變阻器連入電路的阻值減 小時,帶電質點的運動情況是() A.向上加速 B.向下加速 C.保持靜止 D.向上勻速 答案答案A滑動變阻器連入電路的阻值減小時,總電阻減小,則電流增大,電容器兩端的電壓增 大,電場強度增大,

26、質點所受電場力增大,電場力大于重力,帶電質點向上加速,故A正確,B、C、 D錯誤。 12.(2018北京朝陽期末,8)在如圖所示的電路中,閉合開關后,當滑動變阻器R1的滑片P向a端移 動時() A.A1、A2的示數都減小 B.A1、A2的示數都增大 C.A1的示數增大,A2的示數減小 D.A1的示數減小,A2的示數增大 答案答案A當R1的滑片P向a端移動時,R1接入電路的阻值變大,外電路總電阻變大,干路電流變 小,故A1的示數變小,路端電壓變大,由I2=得I2增大,而I總=I2+I1,可見I1變小,即A2的示數變小,故 B、C、D選項均錯誤,只有A選項正確。 2 U R 解題關鍵解題關鍵能根據

27、滑動變阻器R1連入電路的阻值變化判斷回路的干路電流的變化和路端電 壓的變化,并掌握先分析阻值不變支路的電壓、電流,再分析阻值變化支路的電壓、電流的分 析方法。 13.(2016北京朝陽一模,24)節能環保的“風光互補路燈”獲得廣泛應用。圖1是利用自然資源 實現“自給自足”的風光互補的路燈,圖2是其中一個路燈的結構示意圖,它在有陽光時可通 過太陽能電池板發電,有風時可通過風力發電機發電。 (1)北京市路燈的開燈時間為某日19:00到次日6:00,若路燈的功率為P0=40 W,求一盞燈在這段 時間內消耗的電能E電。 (2)風力發電機旋轉葉片正面迎風時的有效受風面積為S,運動的空氣與受風面作用后速度

28、變 為零,若風力發電機將風能轉化為電能的效率為,空氣平均密度為,當風速為v且風向與風力 發電機受風面垂直時,求該風力發電機的電功率P。 (3)太陽能電池的核心部分是P型和N型半導體的交界區域PN結,如圖3所示,取P型和N型 半導體的交界為坐標原點,PN結左右端到原點的距離分別為xP、xN。無光照時,PN結內會形成 一定的電壓,對應的電場稱為內建電場E場,方向由N區指向P區;有光照時,原來被正電荷約束的 電子獲得光能變為自由電子,就產生了電子-空穴對,空穴帶正電且電荷量等于元電荷e;不計自 由電子的初速度,在內建電場作用下,電子被驅向N區,空穴被驅向P區,于是N區帶負電,P區帶正 電,圖3所示的

29、元件就構成了直流電源。某太陽能電池在有光持續照射時,若外電路斷開時,其 PN結的內建電場場強E場的大小分布如圖4所示,已知xP、xN 和E0;若該電池短路時單位時間內 通過外電路某一橫截面的電子數為n,求此太陽能電池的電動勢E和內電阻r 。 解析解析(1)路燈在這段時間內消耗的電能為:E電=P0t=40 W(113 600 s)=1 584 kJ(或0.44 kWh ) (2)t時間內與風力發電機旋轉葉片發生作用的空氣質量m=Svt 發電機獲得的風能E風=mv2 風能轉化為電能,有E風=Pt 聯立可得:P=Sv3 (3)根據電動勢的定義可得:E= W即內建電場力所做的功,內建電場力F隨位移的變

30、化圖像如圖所示,W為該圖線與坐標軸所圍 的面積。 1 2 1 2 W e 答案答案(1)1 584 kJ或0.44 kWh(2)Sv3(3)E=E0(xN+xP) r= 1 2 1 2 0NP () 2 Exx ne 即:W=(xP+xN) 聯立可得:E=(xP+xN) 電源短路時所有通過N區的電子經外電路回到P區,電流為:I=ne 該太陽能電池的內電阻為r= 聯立可得:r=(xP+xN) 0 2 eE 0 2 E q t E I 0 2 E ne 考查點考查點電功、電功率、電源的電動勢和內電阻。 解題關鍵解題關鍵求解電源的電動勢時,關鍵是理解電動勢的物理意義,并能利用圖像求解變力做功, 需要

31、考生掌握基本的物理思想,扎實的基本功和較高的運用數學處理物理問題的能力。 1.(2017北京朝陽二模,16)某家用電熱壺銘牌如圖所示,其正常工作時電流的最大值是() A.0.2 A B. A C.5 A D.5 A 5 2 2 2 答案答案D電熱壺正常工作時的電流I= A=5 A 故正常工作時電熱壺中電流的最大值 Im=I=5 A,故選D。 P U 1 100 220 22 B B組組 2016201820162018年高考模擬年高考模擬綜合題組綜合題組 時間時間: :4545分鐘分值分鐘分值: :8080分分 一、選擇題(每題6分,共42分) 2.(2017北京豐臺二模,20)如圖所示是某電

32、路的示意圖,虛線框內是超導限流器。超導限流器 是一種短路故障電流限制裝置,它由超導部件和限流電阻并聯組成。當通過超導部件的電流 大于其臨界電流IC時,超導部件由超導態(可認為電阻為零)轉變為正常態(可認為是一個純電 阻),以此來限制故障電流。超導部件正常態電阻R1=6 ,臨界電流IC=0.6 A,限流電阻R2=12 , 燈泡L上標有“6 V,3 W”字樣,電源電動勢E=6 V,內阻忽略不計,則下列判斷不正確的是( ) A.當燈泡正常發光時,通過燈泡L的電流為0.5 A B.當燈泡正常發光時,通過R2的電流為0.5 A C.當燈泡L發生故障短路時,通過R1的電流為1 A D.當燈泡L發生故障短路

33、時,通過R2的電流為0.5 A 答案答案B若燈泡正常發光,通過燈泡的額定電流I=0.5 A,電阻R2被短路,A對,B錯。 若燈泡被短路,電源內阻忽略不計,電路中電流無窮大,大于IC=0.6 A,則R1=6 ,I干= =1.5 A,則通過R1的電流為1 A,通過R2的電流為0.5 A,C、D對。 P U 3W 6V E R總 6V 126 126 3.(2018北京西城期末,9)在如圖所示的電路中,電壓表、電流表均為理想電表。電源電動勢為 12 V,內阻為1 ,電動機線圈電阻為0.5 。開關閉合,電動機正常工作,電壓表示數為10 V。則 () A.電源兩端的電壓為12 V B.電源的輸出功率為2

34、4 W C.電動機消耗的電功率為80 W D.電動機所做機械功的功率為18 W 答案答案D電源兩端的電壓U=E-Ir=10 V,可得I=2 A,電源的輸出功率P出=UI=20 W,A、B錯 誤。電動機消耗的電功率P=UI=20 W,電動機所做機械功的功率P機=P-P熱=UI-I2R=18 W,C錯 誤、D正確。 4.(2018北京海淀期末,4)(多選)如圖所示的電路中,閉合開關S,當滑動變阻器R的滑片P向上移 動時,下列說法中正確的是 () A.電流表示數變大 B.電壓表示數變小 C.電阻R0的電功率變大 D.電源的總功率變小 答案答案CD 解法一當滑片P向上移動時,滑動變阻器接入電路中的阻值

35、變大,電路的總阻值 也變大,由閉合電路歐姆定律知干路電流I=變小,電源內阻分擔電壓U內=Ir變小,外電壓U 外=E-U內變大,電壓表示數變大,B項錯。通過R0的電流I0=變大,通過電流表的電流IA=I-I0變 小,電流表示數變小,A項錯。電阻R0的電功率P0=R0變大,C項正確。電源的總功率P總=EI變 小,D項正確。 解法二由“串反并同”規律分析知,當滑片P向上移動時,滑動變阻器接入電路的阻值變大, 則與之串聯的電流表示數變小,干路電流變小,電源總功率P總=EI變小;與之并聯的電壓表示數 變大,電阻R0的電流、電壓、電功率均變大。因此選C、D。 E rR 外 0 U R 外 2 0 I 易錯

36、警示易錯警示電路動態變化問題用“串反并同”規律分析不易出錯,而且省時間。另外對電源 總功率P總=EI的求法如不清楚,也容易導致出錯。 5.(2018北京朝陽期末,12)某同學利用一塊表頭和三個定值電阻設計了如圖所示的電表,該電 表有1、2兩個量程。關于該電表,下列說法中正確的是() A.測電壓時,量程1一定小于量程2,與R1、R2和R3的阻值無關 B.測電流時,量程1一定大于量程2,與R1、R2和R3的阻值無關 C.測電壓時,量程1與量程2間的大小關系與R1、R2和R3的阻值有關 D.測電流時,量程1與量程2間的大小關系與R1、R2和R3的阻值有關 答案答案B當利用這塊電表測量電壓時,該表量程

37、為當電流計滿偏時電流計所在支路的總電 壓,即U=IgR,其中R為支路總電阻,因量程2的支路總電阻小于量程1的支路總電阻,所以量程2小 于量程1,故選項A、C均錯誤;當利用此電表測電流時,電表量程等于電流計滿偏時兩支路電流 之和,由并聯電路的支路電流關系可以知道,量程1一定大于量程2,所以選項D錯誤,選項B正 確。 6.(2017北京朝陽期末)某同學利用如圖所示的電路測定干電池的電動勢和內電阻,經過正確的 操作獲得了若干組實驗數據,據此描繪的U-I圖像(其中U、I分別為電壓表和電流表的讀數)如 選項圖中的實線所示,虛線表示該電池兩端的電壓與流經電池電流的關系圖線,則圖像合理的 是() 答案答案A

38、從電路圖可以看出,電壓表測量的是路端電壓,因此電壓表的示數是干電池兩端的 電壓,由于電流表測量的是一個支路的電流,流經電源的電流是干路電流,為電流表示數和流經 電壓表電流之和,因此電壓相同,在同一個電壓下,流經電源的電流大于電流表示數,故虛線應 在實線右邊;當U=0時,電壓表不分電流,電流表測量的是真實值,故圖像與I軸的交點不變,故選A。 7.(2017北京海淀二模,20)電源的兩個重要參數分別是電動勢E和內電阻r。對一個電路有兩種 特殊情況:當外電路斷開時,電源兩端的電壓等于電源電動勢;當外電路短路時,短路電流等于 電動勢和內電阻的比值。現有一個電動勢為E、內電阻為r的電源和一阻值為R的定值

39、電阻, 將它們串聯或并聯組成的系統視為一個新的等效電源,這兩種連接方式構成的等效電源分別 如圖甲和乙中虛線框所示。設新的等效電源的電動勢為E,內電阻為r。試根據以上信息,判 斷下列說法中正確的是() A.甲圖中的E=E, r=R+r B.甲圖中的E=E, r=R+r r Rr R Rr C.乙圖中的E=E,r= D.乙圖中的E=E,r= Rr Rr R Rr Rr Rr 答案答案D當外電路斷開時,電源兩端的電壓等于電源電動勢,甲的等效電源外電路斷開時,I= 0,R相當于導線,電源兩端的電壓即原電源的電動勢E,R與r串聯形成新電源的內阻,所以內阻為 R+r。乙的等效電源外電路斷開時,新電源兩端電

40、壓即R兩端電壓為,R與r并聯形成新的電 源內阻,所以內阻為,綜上選擇D。 ER Rr Rr Rr 考查點考查點等效電源、電阻串并聯知識的應用。 易錯警示易錯警示乙圖中等效電源的電動勢等于R與r形成的串聯電路中R兩端的電壓,而不是原電 源的電動勢。 8.(18分)(2017北京順義二模,23)某課外小組設計了一種測定風速的裝置,其原理如圖所示,一 個勁度系數k=1 300 N/m、自然長度L0=0.5 m的彈簧一端固定在墻上的M點,另一端N與導電的 迎風板相連,彈簧穿在光滑水平放置粗細均勻的電阻率較大的金屬桿上,彈簧是由不導電的材 料制成的。迎風板面積S0=0.5 m2,工作時總是正對著風吹來的

41、方向。電路的一端與迎風板相 連,另一端在M點與金屬桿相連。迎風板可在金屬桿上滑動,且與金屬桿接觸良好,不計摩擦。 定值電阻R=1.0 ,電源的電動勢E=12 V,內阻r=0.5 。閉合開關,沒有風吹時,彈簧處于自然長 度,電壓表的示數U1=3.0 V,某時刻由于風吹迎風板,待迎風板再次穩定時,電壓表的示數變為U2 =2.0 V。(電壓表可看做理想電表),試分析求解: 二、非選擇題(共38分) (1)此時風作用在迎風板上的力的大小; (2)假設風(運動的空氣)與迎風板作用后的速度變為零,空氣的密度為1.3 kg/m3,求風速的大小; (3)對于金屬導體,從宏觀上看,其電阻定義式為:R=。金屬導體

42、的電阻滿足電阻定律:R=。 在中學教材中,我們是從實驗中總結出電阻定律的,而“金屬經典電子論”認為,電子定向運動 是一段一段加速運動的接替,各段加速都是從定向速度為零開始。設有一段通電金屬導體,其 長為L,橫截面積為S,自由電子電荷量為e、質量為m,單位體積內自由電子數為n,自由電子兩次 碰撞之間的時間為t0。試利用“金屬經典電子論”,從理論上推導金屬導體的電阻R。 U I L S L S 解析解析(1)無風時金屬桿接入電路的電阻為R1 有U1=R1 得R1=0.5 有風時金屬桿接入電路的電阻為R2 有U2=R2 得R2=0.3 此時,彈簧的長度L=L0=0.3 m 彈簧的壓縮量x=L0-L=

43、0.2 m 根據平衡條件得,此時的風力F=kx=260 N(6分) (2)設風速為v。在t時間內接觸到迎風板的空氣質量為m m=S0vt 根據動量定理可得 1 E RRr 1 1 ()U Rr EU 2 E RRr 2 2 ()URr EU 2 1 R R 答案答案(1)260 N(2)20 m/s(3)見解析 Ft=S0v2t 得v=20 m/s(6分) (3)設導體兩端的電壓為U,自由電子定向運動的平均速率為v; 由牛頓運動定律和運動學規律得:v=t0 從微觀上看,電流I=neSv 綜上,由電阻的定義式得R= 所以R(6分) 0 F S m 2 v 0 2 at 2 eE m U I EL

44、 neSv0 2 EL at neS 0 2 EL eE neSt m 2 0 2m ne t L S L S 考查點考查點電路、力的平衡、動量定理、電阻。 思路點撥思路點撥(1)弄清電路的連接,求出無風和有風時金屬桿接入電路的電阻,進一步就可求出彈 簧的壓縮量,再根據胡克定律求出風力大小。(2)對風先建立流體模型,再應用動量定理求出風 的速度。(3)先建立電子運動模型:在電場力作用下的初速度為零的勻加速直線運動,再結合電 流的微觀表達式求解出電阻與L、S的關系式。 9.(20分)(2017北京東城一模,24)利用圖像分析問題是物理學中常用的方法,其中的斜率、面積 通常具有明確的物理意義。 a

45、.小明以6 m/s的初速度將足球水平踢出,足球在草坪上滾動直到停下來的全過程中的速度-時 間圖像如圖1所示。圖1中圖線與坐標軸所圍的面積等于12個小方格的面積。 圖1 (1)請你判斷:足球在滾動過程中受到的阻力大小是變大、變小還是不變? (2)求足球滾動了多遠才停下來? b.用如圖2所示的電路研究電容器的放電過程,其中電壓傳感器相當于一個理想電壓表,可以顯 示電阻箱兩端電壓隨時間的變化關系。實驗時將電阻箱R的阻值調至2 000 ,將開關S撥到a 端,電源向電容器充電,待電路穩定后,將電壓傳感器打開,再將開關S撥到b端,電容器通過電阻 箱放電。以S撥到b端時為t=0時刻,電壓傳感器測得的電壓U隨

46、時間t變化的圖像如圖3所示。 忽略導線及開關的電阻,且不考慮電路輻射問題。 (1)求電容器所帶電荷量的最大值。 (2)在圖4上定量畫出放電過程中電容器兩端電壓U隨電荷量Q變化的關系圖像,并據此求出在 電容器充電過程中電源內部產生的熱量。 圖4 解析解析 a.(1)足球在滾動過程中受到的阻力變小。 (2)圖1中圖線與坐標軸所圍面積即足球滾動的距離,足球滾動了12 m才停下來。 b.(1)在電容器放電過程中的任意瞬時有:Q=It 根據歐姆定律有I= U-t圖線與t軸所圍面積除以電阻R即電容器所帶電荷量的最大值,由圖可知該面積等于12個小 方格的面積。 因此電容器所帶電荷量的最大值Qm=610-3

47、C (2)電容器所帶電荷量Q與其兩端電壓U成正比,且由圖3知電容器所帶電荷量最大時,電容器兩 端電壓U=6 V,電源電動勢E=6 V。 放電過程中電容器兩端電壓U隨電荷量Q變化的關系圖像如圖所示。 U R 答案答案 a.見解析 b.(1)610-3 C(2)見解析 電容器放電過程中任意瞬時釋放的電勢能E=UQ。 U-Q圖線與Q軸所圍面積為電容器放電過程中釋放的總電勢能EC,也是電容器在充電時獲得的 總電勢能。即EC=18 mJ 電容器充電過程中,非靜電力做功提供的總能量E總=EQm=36 mJ 電容器充電過程中電源內部產生的熱量Qr=E總-EC=18 mJ 說明:其他方法正確同樣給分。 1.(2017北京西城二模,20)智能手機電池“快速充電技術”可以使用戶在短時間內完成充電。 比如對一塊額定電壓3.7 V、容量1 430毫安時的電池充電,可以在半小時內將電池充到滿容量 的75%。結合本段文字和你所學知識,關于“快速充電技術”,你認為下列敘述中比較合理的 是() A.這里所提到的“毫安時”指的是一種能量單位 B.這里所提到的“滿容量的75%”是指將電池電壓充到3.7 V的75% C.快速充電技術提高了鋰電池的原有容量 D.對額定電壓3.7 V的鋰電